Astrónomos captan la primera imagen del nacimiento de un planeta alrededor de una estrella

Un equipo de astrónomos consiguió un logro sin precedentes: capturar la primera imagen directa de un planeta en pleno proceso de formación dentro de un anillo polvoriento que rodea una estrella joven.

Este descubrimiento, publicado recientemente en la revista especializada The Astrophysical Journal Letters, permite observar un fenómeno que durante décadas fue solo teórico: cómo se forman los protoplanetas en los huecos de discos de gas y polvo.

Utilizando sistemas de óptica adaptativa de última generación, como MagAO-X en el Telescopio Magallanes en Chile, el Gran Telescopio Binocular en Arizona y el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral, los científicos lograron detectar la luz del hidrógeno brillante que cae sobre el planeta en crecimiento. Este gas indica que el mundo aún está absorbiendo material a medida que se forma, ofreciendo una ventana única al proceso de nacimiento planetario.

El planeta descubierto, denominado WISPIT 2b, se encuentra dentro de un espacio despejado entre dos anillos brillantes del disco protoplanetario de la estrella WISPIT 2. Esta estrella, similar al Sol, se ubica a 440 años luz de distancia de la Tierra, y su disco de polvo y gas presenta múltiples anillos y huecos, una estructura que los astrónomos han estudiado durante años sin poder confirmar la presencia de cuerpos planetarios dentro de estas cavidades.

Un segundo candidato planetario, el CC1, se encuentra mucho más cerca de la estrella, en el interior del disco, y podría tratarse de otro protoplaneta.

“Aunque muchos investigadores habían sugerido que los huecos en los discos eran causados por planetas en formación, hasta ahora nadie había encontrado una evidencia directa”, explicó Laird Close, astrónomo de la Universidad de Arizona y líder del estudio.

“Se han escrito docenas de artículos teóricos sobre la causa de estos huecos, pero nadie había encontrado una explicación definitiva hasta hoy”, agregó Close, quien cree que la detección de WISPIT 2b resuelve un misterio de larga data en la astronomía: los protoplanetas sí pueden crear estos vacíos en los discos de formación planetaria.

Una ventana al pasado de nuestro Sistema Solar

El hallazgo no solo es importante por ser el primero en su tipo, sino también porque ofrece pistas sobre cómo se formó nuestro propio sistema solar hace 4.500 millones de años. En aquel entonces, el Sol estuvo rodeado de un disco de polvo y gas similar al de WISPIT 2. Los planetas comenzaron como grumos de polvo que crecieron absorbiendo gas, pero los detalles exactos de este proceso permanecen en gran medida desconocidos.

Observar sistemas como WISPIT 2 permite a los astrónomos estudiar planetas en las etapas iniciales de desarrollo, antes de que se enfríen y desaparezcan de la vista en longitudes de onda visibles.

El planeta WISPIT 2b está ubicado a unas 56 unidades astronómicas de su estrella, mucho más allá de la órbita de Neptuno en nuestro sistema solar, mientras que CC1 se sitúa a unas 15 UA, aproximadamente a medio camino entre Saturno y Urano. “Es similar al aspecto que tendrían nuestros Júpiter y Saturno cuando eran 5.000 veces más jóvenes que ahora”, señaló Gabriel Weible, estudiante de posgrado de la Universidad de Arizona.

“Los planetas del sistema WISPIT-2 parecen tener unas 10 veces más masa que nuestros gigantes gaseosos y estar más dispersos, pero su aspecto general probablemente no sea tan diferente al de nuestro sistema solar temprano visto desde una distancia cercana”, completó.

El descubrimiento también fue confirmado mediante observaciones en luz infrarroja, lo que consolidó la identificación del planeta y del sistema de anillos múltiples.

En tanto, Richelle van Capelleveen, estudiante de posgrado del Observatorio de Leiden, que lideró este análisis complementario utilizando el sistema SPHERE del VLT, sostuvo: “Para observar planetas en su fugaz juventud, los astrónomos deben encontrar sistemas de discos jóvenes, que son poco comunes. Si el sistema WISPIT-2 tuviera la edad de nuestro sistema solar y usáramos la misma tecnología para observarlo, no veríamos nada. Todo sería demasiado frío y demasiado oscuro”.

Una de las claves del descubrimiento fue la detección de emisión H α, la luz generada por el gas hidrógeno que cae sobre el planeta. Cuando el hidrógeno impacta en la superficie del protoplaneta, crea un plasma extremadamente caliente que emite esta señal característica.

“MagAO-X está especialmente diseñado para detectar el gas hidrógeno que cae sobre protoplanetas jóvenes, y así es como podemos detectarlos”, explicó Close.

El análisis de la luz H α reveló que WISPIT 2b está acrecentando masa a una tasa de aproximadamente 10^-12 masas solares por año, lo que indica que sigue en crecimiento activo. La fotometría en L’ obtenida con el instrumento LBT/LMIRcam permitió estimar la masa del planeta en 5,3 ± 1,0 masas de Júpiter, y confirmó que este protoplaneta comparte características similares a otros protoplanetas H α conocidos, tanto en masa como en edad y tasa de acreción.

La inclinación del sistema también resultó sorprendentemente similar a la de otros discos protoplanetarios conocidos, situándose en 44°, dentro de un rango preferido de 37° a 52°. Los investigadores especulan que la acreción magnetosférica podría favorecer esta orientación, permitiendo una línea de visión directa a la región de formación del H α sin interferencias por nubes de polvo.

Además, WISPIT 2b parece despejar activamente el espacio entre los dos anillos brillantes del disco transicional, un fenómeno predicho por la teoría pero nunca antes observado de manera directa. Los protoplanetas H α anteriores, como PDS 70 b y c, se encontraban dentro de la gran cavidad interna del disco de su estrella, mientras que WISPIT 2b ocupa un hueco anular estrecho, demostrando que los planetas pueden formarse en diferentes configuraciones de discos multianillo.

Este hallazgo representa un salto significativo en la comprensión de cómo se forman los planetas gigantes gaseosos. Los astrónomos consideran que observar sistemas como WISPIT 2 es esencial para comprender la diversidad de los sistemas planetarios y el papel que juegan los discos protoplanetarios en la formación de planetas. La combinación de óptica adaptativa avanzada, luz H α y observaciones infrarrojas abrió una ventana directa al proceso de acreción y a la arquitectura de estos sistemas jóvenes.

“La única forma de garantizar que se detecte un protoplaneta en acreción activa es detectar directamente los trazadores de acreción”, indicó el equipo. En este caso, la emisión H α funcionó como un marcador inequívoco del planeta en formación, confirmando que WISPIT 2b no es un objeto estático dentro del disco, sino un mundo en crecimiento que influye en la estructura de su entorno.

El descubrimiento también ofrece un marco para comparar la formación de planetas fuera de nuestro sistema solar con la historia temprana de Júpiter y Saturno. El protoplaneta exterior, WISPIT 2b, y el candidato interior, CC1, presentan masas y posiciones orbitales que podrían asemejarse a los gigantes gaseosos tempranos de nuestro sistema solar, pero con diferencias notables en dispersión y distancia, lo que proporciona pistas sobre la variedad de procesos de formación planetaria.

El descubrimiento de WISPIT 2b, capturado en imágenes directas de H α y confirmado en infrarrojo, representa un paso crucial para la astronomía moderna.

Y permite estudiar la formación de planetas con un nivel de detalle sin precedentes y establece un modelo para futuras exploraciones de sistemas jóvenes, donde la combinación de óptica adaptativa, espectroscopía y fotometría puede revelar la historia oculta de mundos en proceso de nacimiento.

Con este hallazgo, los astrónomos pueden no solo observar cómo se forma un planeta, sino también analizar la influencia que tiene sobre su disco circunestelar y cómo estas interacciones dan forma a la arquitectura final del sistema planetario.

WISPIT 2b se convierte así en un “laboratorio natural” para entender el nacimiento de planetas gigantes y la evolución temprana de sistemas estelares como el nuestro.